雙面反射動鏡幹涉儀的製作方法
2023-07-20 03:02:36
專利名稱：雙面反射動鏡幹涉儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種幹涉儀，尤其涉及一種應用於高光譜解析度傅立葉變換光譜儀的
雙面反射動鏡幹涉儀。
背景技術：
時間調製型傅立葉變換光譜儀具有高光譜解析度、高通量、多通道等優點，非常適
用於大氣遙感、超精細光譜測量，其核心部件為幹涉系統。影響麥可遜(Michelson)幹涉
儀在傅立葉變換光譜儀中應用的最大問題是平面動鏡在掃描過程中的傾斜問題。 使用貓眼鏡或角反射體代替平面動鏡可以很好地解決傾斜問題，缺點是單個掃描
貓眼鏡或單個掃描角反射體存在橫向偏移問題。另外一種辦法是使用自適應校正系統，但
解析度越高，這種校正系統的失靈概率就越高，而且該系統對機械振動引起的擾動非常敏
感。轉鏡式或擺鏡式幹涉儀結構消除了平面動鏡傾斜帶來的誤差，提高了儀器的穩定性和
可靠性，但其產生的光程差與轉角或擺角之間為非線性關係，只適用於低解析度光譜儀。 貓眼動鏡或角反射體動鏡的質量大、所需動鏡驅動力大，而且貓眼動鏡的體積大、
熱穩定性差。 為了滿足科學研究或商業應用對傅立葉變換光譜儀高解析度的要求，同時由於 星載儀器對質量和體積大小的要求與限制，對於時間調製型傅立葉變換光譜儀的核心部 件一一幹涉儀，需要解決的技術問題是既能消除動鏡傾斜及橫移問題，又能使得動鏡體積 小、重量輕、所需驅動力小，且系統熱穩定性好、可獲得很大的光程差。
發明內容
為了解決背景技術中存在的上述技術問題，本發明提供了一種可消除了動鏡傾斜 及橫移問題、所需驅動力小、可獲得很高的光譜解析度以及熱穩定性好的雙面反射動鏡幹 涉儀。 本發明的技術解決方案是本發明提供了一種雙面反射動鏡幹涉儀，其特殊之處 在於所述雙面反射動鏡幹涉儀包括分束器、平面反射鏡、雙面反射動鏡、角反射體、雙面反 射鏡驅動系統以及探測收集系統；所述分束器將入射光分為反射光以及透射光；所述平面 反射鏡設置於一光路上，所述角反射體設置於另一光路上；所述雙面反射鏡驅動系統驅動 雙面反射動鏡；所述雙面反射動鏡設置於平面反射鏡和角反射體的反射光路上；所述雙面 反射動鏡將入射至雙面反射動鏡的入射光反射後再經過平面反射鏡反射至分束器；所述雙 面反射動鏡將入射至雙面反射動鏡的入射光反射後再經過角反射體反射至分束器；所述探 測收集系統設置於最終經分束器透射或反射的出射光路上。 上述平面反射鏡設置於經分束器反射後的反射光路上時，所述角反射體設置於經 分束器透射後的透射光路上。 上述平面反射鏡設置於經分束器透射後的透射光路上時，所述角反射體設置於經 分束器反射後的反射光路上。
上述探測收集系統包括收集鏡以及設置於收集鏡透射光路上的探測器。 上述角反射體是三個相互垂直的平面反射鏡構成的系統或直角錐稜鏡。 上述分束器是兩塊相互平行的平面玻璃板構成的系統或是兩塊膠合的直角稜鏡
構成的系統。 上述雙面反射動鏡是兩表面鍍有反射膜的平面平行玻璃板。
本發明的優點是 1、消除了動鏡傾斜及橫移問題。本發明採用雙面反射動鏡，消除了動鏡橫移問題； 採用該幹涉光路，消除了動鏡傾斜問題；則雙面反射動鏡在掃描過程中的傾斜及橫移對採 樣幹涉圖的調製度及相位影響很小。 2、動鏡結構簡單、體積小、重量輕，所需驅動力小。本發明與貓眼動鏡或角反射體
動鏡相比，雙面反射動鏡結構簡單、體積小、重量輕、所需驅動力最小，同時，本發明還具有 結構緊湊、體積小、熱穩定性好。 3、光程差為雙面反射動鏡位移(相對於其零光程差位置)的4倍，可獲得很高的 光譜解析度。本發明所採用的技術方案在當雙面反射動鏡移動距離a時，兩路相干光束中 一路光束的光程增加了 2a，另外一路光束的光程減少了 2a，則兩路光束之間光程差的變化 量為4a;因此，該幹涉儀的光程差為雙面反射動鏡位移(相對於其零光程差位置)的4倍， 從而可獲得很高的光譜解析度。
圖1為本發明所提供的雙面反射動鏡幹涉儀第一實施例結構示意圖。
圖2為本發明所提供的雙面反射動鏡幹涉儀第二實施例結構示意圖。
圖3為本發明所涉及的角反射體的第一實施例結構示意圖；
圖4為本發明所涉及的角反射體的第二實施例結構示意圖。
具體實施例方式
本發明提供了一種雙面反射動鏡幹涉儀，該雙面反射動鏡幹涉儀包括分束器1、平 面反射鏡2、雙面反射動鏡3、角反射體4、雙面反射鏡驅動系統5以及探測收集系統；平面 反射鏡2設置於分束器1的反射或透射光路上；角反射體4設置於分束器1的透射或反射 光路上；雙面反射鏡驅動系統5驅動雙面反射動鏡3做直線往復運動；雙面反射動鏡3設置 於平面反射鏡2和角反射體4的反射光路上；雙面反射動鏡3將入射至雙面反射動鏡一個 鍍膜表面的入射光反射後再經過平面反射鏡2反射至分束器1並被分束器1透射或反射出 去；雙面反射動鏡3將入射至雙面反射動鏡3另一個鍍膜表面的入射光反射後再經過角反 射體反射至分束器1並被分束器1反射或透射出去；探測收集系統設置於最終經分束器1 透射或反射的出射光路上，探測收集系統包括收集鏡6以及設置於收集鏡6透射光路上的 探測器7。 分束器1是兩塊相互平行的完全相同的平行平面玻璃板構成的系統，其中沿入射
光路方向上第一個平行平面玻璃板的背面鍍半反射膜；或是兩塊膠合的完全相同的直角稜
鏡構成的系統，其中直角稜鏡的斜面為膠合面、膠合面的一個面鍍半反射膜。 參見圖l，為本發明所提供的雙面反射動鏡幹涉儀的第一實施例。在該實施例中，
4分束器1半反射面45度角設置在入射光束光路上；平面反射鏡2設置在上述分束器1半反 射面反射光束光路上、且與分束器1半反射面相互平行；角反射體4設置在分束器1半反射 面透射光束光路上；雙面反射動鏡3設置在平面反射鏡2和角反射體4之間、兩鍍膜表面分 別反射上述分束器1半反射面反射和透射的兩束光；在雙面反射鏡驅動系統5的驅動下，雙 面反射動鏡3在平行於入射光束的方向上做直線往復運動以產生光程差；分束器1、平面反 射鏡2的中心位於同一個平面內。 參見圖2，為本發明所提供的雙面反射動鏡幹涉儀的第二實施例。在該實施例中， 分束器1半反射面45度角設置在入射光束光路上；平面反射鏡2設置在上述分束器1半反 射面透射光束光路上、且與分束器1半反射面相互平行；角反射體4設置在上述分束器1半 反射面反射光束光路上；雙面反射動鏡3設置在平面反射鏡2和角反射體4之間、兩鍍膜表 面分別反射分束器1半反射面反射和透射的兩束光；在雙面反射鏡驅動系統5的驅動下，雙 面反射動鏡3在垂直於入射光束的方向上做直線往復運動以產生光程差；分束器1、平面反 射鏡2的中心位於同一個平面內。 以圖1中所示實施例為例，本發明在具體工作時，入射的平行光束在分束器1的半 反射面上反射和透射、並被分為強度相等的兩束光(即反射光束I和透射光束II)，反射光 束I依次被平面反射鏡2、雙面反射動鏡3、平面反射鏡2反射後射向分束器1 ;透射光束II 依次被角反射體4、雙面反射動鏡3、角反射體4反射後射向分束器1 ;這兩束光相交時發生 幹涉，經收集鏡會聚到探測器上。 光束I和II之間的光程差是由雙面反射動鏡在平行於入射光束方向上的直線往 復運動產生的。當雙面反射動鏡3移動距離a時，有兩種情況一種情況是光束I的光程增 加了 2a而光束II的光程減少了 2a，於是光束I和光束II之間光程差的變化量為4a ;另外 一種情況是光束I的光程減少了 2a而光束II的光程增加了 2a，則光束I和光束II之間光 程差的變化量仍為4a。同理，當雙面反射動鏡3移動距離a時，光束III和光束IV之間光 程差的變化量為4a。因此，光程差的變化量為雙面反射動鏡3移動距離的4倍。
則光程差x與雙面反射動鏡3位移(相對於其零光程差位置)1之間的關係為
x = 41 (1) 在理想情況(雙面反射動鏡在掃描過程中沒有發生傾斜)下，幹涉強度為
I(x) = B(o ) [l+cos(2 Ji o x)] (2)
式中o為波數，B( o )為光譜強度，x為光程差。 於是，雙面反射動鏡幹涉儀的幹涉強度與雙面反射動鏡3位移(相對於其零光程 差位置)之間的關係為 formula see original document page 5 當雙面反射動鏡3在掃描過程中傾斜9角時，以雙面反射動鏡3不發生傾斜時與 光軸交點處的光程差x。為基準，對於圓形光束孔徑，探測器上得到的幹涉強度為
formula see original document page 6
式中D為入射光束孔徑，k為在光束I光路上從雙面反射動鏡3到探測器7的光
路長度，L2為在光束II光路上從雙面反射動鏡3到探測器7的光路長度。 參見圖3和圖4，角反射體4可為三個相互垂直的平面反射鏡構成的系統，也可為
一個直角錐稜鏡。
權利要求
一種雙面反射動鏡幹涉儀，其特徵在於所述雙面反射動鏡幹涉儀包括分束器、平面反射鏡、雙面反射動鏡、角反射體、雙面反射鏡驅動系統以及探測收集系統；所述分束器將入射光分為反射光以及透射光；所述平面反射鏡設置於一光路上，所述角反射體設置於另一光路上；所述雙面反射鏡驅動系統驅動雙面反射動鏡；所述雙面反射動鏡設置於平面反射鏡和角反射體的反射光路上；所述雙面反射動鏡將入射至雙面反射動鏡的入射光反射後再經過平面反射鏡反射至分束器；所述雙面反射動鏡將入射至雙面反射動鏡的入射光反射後再經過角反射體反射至分束器；所述探測收集系統設置於最終經分束器透射或反射的出射光路上。
2. 根據權利要求1所述的雙面反射動鏡幹涉儀，其特徵在於所述平面反射鏡設置於 經分束器反射後的反射光路上時，所述角反射體設置於經分束器透射後的透射光路上。
3. 根據權利要求1所述的雙面反射動鏡幹涉儀，其特徵在於所述平面反射鏡設置於 經分束器透射後的透射光路上時，所述角反射體設置於經分束器反射後的反射光路上。
4. 根據權利要求1或2或3所述的雙面反射動鏡幹涉儀，其特徵在於所述探測收集 系統包括收集鏡以及設置於收集鏡透射光路上的探測器。
5. 根據權利要求4所述的雙面反射動鏡幹涉儀，其特徵在於所述角反射體是三個相 互垂直的平面反射鏡構成的系統或直角錐稜鏡。
6. 根據權利要求5所述的雙面反射動鏡幹涉儀，其特徵在於所述分束器是兩塊相互 平行的平面玻璃板構成的系統或是兩塊膠合的直角稜鏡構成的系統。
7. 根據權利要求6所述的雙面反射動鏡幹涉儀，其特徵在於所述雙面反射鏡是兩表 面鍍有反射膜的平面平行玻璃板。
全文摘要
本發明涉及一種幹涉儀，一種可消除了動鏡傾斜及橫移問題、所需驅動力小、可獲得很高的光譜解析度以及熱穩定性好的雙面反射動鏡幹涉儀，包括分束器、平面反射鏡、雙面反射動鏡、角反射體、雙面反射鏡驅動系統以及探測收集系統；分束器將入射光分為反射光以及透射光；平面反射鏡和角反射體分別設置於兩個光路上；雙面反射動鏡設置於平面反射鏡和角反射體的反射光路上；雙面反射動鏡將入射至雙面反射動鏡的入射光反射後再經過平面反射鏡反射至分束器；探測收集系統設置於最終經分束器透射或反射的出射光路上。本發明採用雙面反射動鏡，消除了動鏡橫移問題；採用該幹涉光路，消除了動鏡傾斜問題，且結構簡單、體積小、重量輕，所需驅動力小。
文檔編號G01J3/45GK101793553SQ20101013688
公開日2010年8月4日 申請日期2010年3月31日 優先權日2010年3月31日
發明者楊慶華, 汶德勝, 趙葆常 申請人:中國科學院西安光學精密機械研究所